JP4762469B2 - Prevention of oil backflow from screw compressor in refrigeration chiller. - Google Patents
Prevention of oil backflow from screw compressor in refrigeration chiller. Download PDFInfo
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Description
【0001】
発明の背景
本発明はスクリュー圧縮機に関する。特に、本発明は冷凍チラーに用いられるスクリュー圧縮機に関する。より詳細には、本発明は冷凍チラーにおけるスクリュー圧縮機からのオイルの逆流の防止し、その結果生じるシステムの蒸発器へのオイルの低下を防止することに関する。
【0002】
スクリュー圧縮機は、2個以上のスクリューロータが作動室内に噛合するように配設されている圧縮機である。スクリューロータが互いに逆回転するによって、ガスが初めの比較的低い圧力で作動室内に流入し、作動室内でこのガスが圧縮され、そこから吐出し圧力とよばれる高い圧力でそのガスが吐出される。
【0003】
冷凍チラーへの適用を含む多くのスクリュー圧縮機の適用例では、冷却及びシーリングするためにオイルを圧縮機の作動室内に直接注入することが可能である。更に、オイルは圧縮機の軸受けを潤滑するために用いられる。冷凍チラーにおいて軸受け用の潤滑油として用いられるオイルは、通常は冷媒ガスの圧力が比較的低い圧縮機内の位置に送られる。従って、このようなオイルは最終的に圧縮機の作動室内に至り、作動室内を流れる冷媒ガスによって連行される。このようなオイルは圧縮機の作動室内に直接注入される他のオイルと共に、圧縮機から吐出されるガスの流れに連行されて圧縮機から導出される。
【0004】
冷凍チラーのスクリュー圧縮機から吐出される冷媒ガスの流れは比較的多くのオイルを含でおり、上述した目的のためにこのオイルを圧縮機に戻されなければならないため、オイルセパレーターを圧縮機内或いは圧縮機の直近の下流に配設して、吐出ガスの流れからオイルを分離して収集し圧縮機に戻している。多くのチラーシステムでは、オイルセパレーターの吐出圧力を利用して分離したオイルをオイルセパレーターから圧縮機に送る。
【0005】
このようなシステムに用いられるオイルセパレーターは、一般に冷媒ガスがシステムの凝縮器に送られる前に99%或いはそれ以上の高い効率で分離器を通過する冷媒ガスからオイルを分離するが、最終的には圧縮機のオイルが枯渇してしまうことは理解されよう。一般に、システムのオイルセパレーターを通過するオイルはシステムの凝縮器を経てシステムの蒸発器に送られ、その蒸発器の底部に存在する液体冷媒の上或いはその中に溜まる。通常はこのような比較的少量のオイルをシステムの蒸発器からシステムの圧縮機に定期的に戻す手段が設けられる。全てのタイプの冷凍チラーにおいて、このようなオイルの輸送は一般的であり、このようなオイルの量はチラーに供給されるオイルの割合としては極めて少量であるのが普通である。
【0006】
チラーの蒸発器からチラーの圧縮機部分(そこから吸入ガスが圧縮機へ導出される)への直接流路が設けられているため、ある条件下では、圧縮機内のオイルが圧縮機から逆方向に流れ蒸発器内にさえ至る可能性がある。このような条件はどちらかと言えば、スクリュー圧縮機を用いる冷凍チラーに固有でありその程度が大きい。これは、このような圧縮機内で様々な目的に用いられるオイルの量のため、またシステムの蒸発器がシステムの圧縮機の下側に位置しており、一般にその圧縮機の吸入領域と連通しているためである。圧縮機からシステムの蒸発器への直接のオイルの流れが、一般的ではないが時には蒸発器に関連するオイル戻し装置の処理能力を超え、それによって正しい位置におけるオイルの量が不足し、運転中に圧縮機に連続的に十分なオイルが供給されなくなりチラーは緊急停止する。
【0007】
冷凍チラーの圧縮機から逆流したオイルを受け取って保持し、そのオイルを圧縮機に戻す従来の構造の例が米国特許第5,086,621号及び5,396,784号に記載されている。米国特許第5,086,621号では、蒸発器から圧縮機に吸入ガスが導出される配管の下側にある蒸発器内にトレイを配置してこのオイルの逆流の問題に対処している。このトレイはあらゆる逆流オイルを受け取ってそこに蓄積する。次に、エダクタ装置を用いてこのオイルをシステムの圧縮機に連続的に戻す。
【0008】
同様に米国特許第5,396,784号では、冷凍チラーの蒸発器の出口の下側に逆流オイルを受け止めて戻すトレイを設けている。しかしながら、この米国特許第5,396,784号の方法では、トレイにおけるオイルのレベルが十分に高くなると、蒸発器から圧縮機へのガスの流れが制限され、それによってガスの流速が上昇する。蒸発器から圧縮機に流れるガスの流速が上昇すると、トレイにあるオイルが、蒸発器から圧縮機に戻るガスの流れに連行される。
【0009】
どちらの構造の場合も、オイルの逆流の問題を対処するためにシステムの蒸発器の中に組み込む部品/組み立て部品を製造及び取り付ける必要があることを理解されたい。このような部品/組み立て部品、それらの製造及び取り付けにはコストがかかり、それらを動作することによって全チラーシステムが消費する電力が増大する。
【0010】
圧縮機またはチラーシステムの追加コストが低く、チラーの効率を低下させない冷凍チラーシステムにおいてスクリュー圧縮機から蒸発器へのオイルの逆流を防止する装置の要求が引き続きある。
【0011】
本発明の要約
本発明の目的は、冷凍チラーの圧縮機から冷凍チラーの蒸発器へのオイルの逆流を制限および/または防止することである。
【0012】
本発明の別の目的は、冷凍チラーシステムにおいて、圧縮機内を逆流するオイルが圧縮機から流出してしまう前にその逆流するオイルを遮断し、その方向を変えることによって圧縮機から凝縮器へのオイルの逆流を防止することである。
【0013】
本発明の更なる目的は、冷凍チラーシステムにおいて、圧縮機から凝縮器への実質的に全てのオイルの逆流を防止することである。その方法は受動的であって、チラーの製造コスト、オイルの逆流の防止目的に用いる部品/組み立て部品のコスト、チラーの運転効率における影響によるコストなどの追加コストが相対的に極めて低く抑えられている。
【0014】
本発明の上記した目的及びその他の目的は、添付の図面および後述の好適な実施例から明らかになるであろう。好適な実施例および添付の図面にはスクリュー圧縮機を用いた冷凍チラーシステムが示されている。このスクリュー圧縮機には、第1に、圧縮機ハウジングからオイルを逃さず、逆流するオイルを遮断しその方向を変えて圧縮機に戻すべく、この圧縮機の作動室の上流および/または吸入領域の上流に1或いは複数のオイル逆流防止バッフルが計画的に配置されている。好適な実施例では、このようなバッフルは、圧縮機の駆動モータが配置されている圧縮機ハウジング部分に配設されている。好適な実施例では、駆動モータはシステムの蒸発器から圧縮機の作動室に至る冷媒ガスの流れを利用して冷却される。バッフルを配置しなければ圧縮機から蒸発器へのオイルの逆流が起こりうる比較的生じにくいチラーの運転条件下で、バッフルは、圧縮機で使用するべく圧縮機ハウジングからのオイルの逆流を遮断し、その方向を上流方向に変える。
【0015】
好適な実施例の説明
まず図1を参照すると、最も基本的な形態である冷凍チラー10は、圧縮機12、凝縮器14、膨張装置16、及び蒸発器18を含み、冷媒回路を形成するべくその全てが連通している。一般に、冷媒ガスは圧縮機12で圧縮され、比較的高圧高温でその圧縮機から吐出される。このガスは凝縮器14に送られ、そこでチューブバンドル20内を流れる水などの比較的冷たい冷媒と熱交換して冷却され凝縮する。
【0016】
凝縮した冷媒がコンデンサ14から膨張装置16に流れ、その膨張装置16を通過することによって冷媒の圧力及び温度が低下する。膨張装置16を通過する液体冷媒の一部が膨張プロセスで気化する。二相になった冷媒が膨張装置16から蒸発器18に流れ、そこでチューブバンドル22内を流れる媒体と接触して熱交換する。
【0017】
蒸発器18内のチューブバンドル22を流れる媒体は熱負荷からの熱を保有している。その熱を保有する媒体を冷却するのがこのチラー10の目的である。この熱は媒体から蒸発器18に流入する比較的低温低圧の冷媒に与えられ、それによって冷媒の液相の大部分が気化する。チューブバンドル22内を流れる冷却された媒体は熱負荷を冷却するべく熱負荷に戻される。それと同時に、蒸発器18で気化した冷媒はそこから圧縮機12に戻り、そこで圧縮されて凝縮器に送られプロセスが続く。
【0018】
本発明のチラーシステムの好適な実施例では、圧縮機12はスクリュー型の圧縮機である。圧縮機12は、一般にロータハウジング26及びモータハウジング28を含むハウジング24を有する。ロータハウジング26は、相互に噛み合って互いに逆回転する第1のスクリューロータ32と第2のスクリューロータ34が配設されている作動室30を画定する。圧縮機駆動モータ36はモータハウジング28内に配設され、ロータ32及び34の一方に連結されており、それを駆動する。
【0019】
好適な実施例のチラーでは、吸入ガスは、圧縮機ハウジング24のモータハウジング部分28に向いて開いている吸入ライン38を介して蒸発器18から導出される。吸入ガスはモータハウジング28を介して、モータ36の周りを流れそのプロセスでそのモータ36を冷却する。次に吸入ガスは、作動室30内に吸入され、モータ駆動スクリューロータの相互の逆回転によって圧縮され、上記したように吐出ライン40から吐出されオイルセパレーター42を経て凝縮器14に至る。
【0020】
ほとんどの圧縮機と同様に、好適な実施例のスクリュー圧縮機12では、圧縮機要素の1個或いは複数個が回転部品であり、通常は軸受けに取り付けられる。また、一般にこのような軸受けは潤滑油が必要である。好適な実施例のチラーシステムでは、回転するためにスクリューロータ32及び34は軸受けに取り付けられており、このような軸受け44及び46には潤滑油が必要である。圧縮機12はスクリュー圧縮機であるため、別の目的でオイルが必要である。これらの別の目的には、圧縮された冷媒ガスの冷却及び/または作動室内のスクリューロータの冷却、回転しているスクリューロータ間のシーリング、及び作動室30のロータと壁部とのシーリングが含まれる。
【0021】
上記したことに注意して図2を参照すると、チラー10は、例えば供給ライン48及び50を介して軸受け46及び44に送られるオイルが多量に必要である。またオイルは、供給ライン52を介して圧縮機12の作動室30内に注入される。この供給ライン52は、作動室30内の圧縮中の冷媒ガスの圧力が吐出圧力より低い部分に向いて開いている。
【0022】
このオイルはオイルセパレーター42にかかっている吐出圧力によって、そのオイル溜まり54からライン56を介して供給ライン48、50、及び52に送られる。このオイルの圧力は、オイルが使用される部分の圧力、及び/または圧縮機で所定の目的のために使用された後にオイルが誘導/放出/排出される部分の圧力より高い。オイルセパレーター42の効率が高いため、圧縮機12から吐出された相対的に極めて少量のオイルが吐出冷媒ガスに連行され、冷媒ガスと共にオイルセパレーターを経て蒸発器22に送られる。相対的に少量のこのようなオイルは圧縮機で使用するために、図1の波線で示されている装置200によってライン202を介して戻される。
【0023】
圧縮機内で使用された後にオイルが送られる部分には、圧縮機の吸入領域58も含まれる。通常の運転条件下では、圧縮機12に送られそこを通過するガスの流れは圧力が十分に高く、吸入領域58の内部及び近傍のオイルは、流体ガスに連行されて圧縮機の作動室内に吸入され、そこを経てオイルセパレーター42に送られる。蒸発器から圧縮機に流入するガスの量が著しく減少した負荷条件の場合、圧縮機ハウジング内の駆動モータ及びスクリューロータの回転の力学、並びにこのような条件下で発生する圧力の脈動によって、圧縮機の吸入領域58からオイルが吹き出し、蒸発器から圧縮機への相対的に弱いガスの流れに逆らって、モータハウジングを経てシステムの蒸発器に戻される。所定の条件下では、このようなオイルの逆流の力が十分に強く持続するため、圧縮機に供給される相対的に多量のオイルが圧縮機からシステムの蒸発器に逆流する。一般にこの逆流して戻るオイルの量は、オイル戻し装置200が適時圧縮機にオイルを戻す量を超えており、このような状態に対処できなければ圧縮機が緊急停止し、かつ/またはオイルの不足による損傷が起こり得る。
【0024】
更に図3及び図4を参照すると、蒸発器18からライン38を通る吸入ガスの流れは、好適な実施例では、矢印100で示されているようにモータハウジング28に至る。モータハウジングに到達するとモータ36の上部及び周りを通過し、そのプロセスでモータが冷却される。吸入ガスの流れの一部がモータの比較的小さなロータステータギャップ(図示せず)を通り、好適な実施例では、モータハウジングの内側の壁部に形成された吸入ガス経路60A、60B、及び60Cを通ってより多くの流体がモータ36の周り及び上側を通過する。駆動モータを通過すると、吸入ガスは圧縮機ハウジング24のロータハウジングとモータハウジング部分との概ね境界面の位置に画定された吸入領域58に至る。そこから吸入ガスが圧縮機の作動室内に吸入される。
【0025】
圧縮機12が最大負荷の時、図2に例示されているように、スライド弁62がスライドストッパー64に当接し、それによって吸入領域58に流入する全ての吸入ガスが配向され吸入サブエリア58Aの中に流入する。吸入サブエリア58Aは圧縮機の吸入ポートに位置する。この吸入ポートは、ガスが圧縮機の吸入領域を出て、作動室内に吸入される位置である。吸入ポートを通って圧縮機の作動室に流入する吸入ガスは、その作動室で圧縮され、圧縮機から吐出ライン140を通ってオイルセパレーター42に供給される。最大負荷の条件下では、一般に吸入ガスの流量が多く流速が大きく、以下に詳述するように、オイル溜まり66のオイルなどのオイルがガスに連行されて吸入領域58のサブエリア58Bに送られる。
【0026】
チラー10が最大負荷より低負荷で運転している時は、スライド弁62はチラーの負荷に対応する距離スライドストッパー64から離れて収縮し、それによって作動室30の一部およびその中のスクリューロータが吸入領域58Aに露出し、それによって作動室内を流れる冷媒ガスの一部が効果的に近道するようになる。スライド弁が収縮すると、スクリューロータの有効長さが短くなり、それによって圧縮機の能力が低下する。圧縮機12の場合、スライド弁62が収縮すると、相互に噛み合って互いに逆回転するスクリューロータが圧縮機の吸入領域58のサブエリア58Bに露出される。吸入サブエリア58Bは、通常は吸入サブエリア58Aの反対側の圧縮機の底部に位置し、図示されているように圧縮機で様々な目的のために利用された後オイルが集められる部分である。
【0027】
スライドストッパー64から離れる方向へのスライド弁62の収縮は一般的でありよく起こるが、それによって圧縮機の吸入領域内の吸入ガスの流れのパターンが変る。更に、スライドストッパー64から離れる方向へスライド弁62が収縮すると、高速で回転しているスクリューロータが、吸入サブエリア58Bに溜まるオイルの溜まり66に露出される。このオイルの量はかなりの量であるが運転条件によって異なる。たいていの運転条件下では、吸入ガスの流れによってオイル溜まり66にオイルが連続的に流入し且つ流出しており、スライド弁が収縮した状態であってもガスの流れと共に作動室を経てシステムのオイルセパレーターに送られる。
【0028】
しかしながら、上記したようにチラーのある運転条件下、特にスライド弁62が完全に或いはほぼ完全に収縮すると、オイル溜まり66のオイルを含む吸入エリア58にあるオイルが、吸入ガスの流れに逆らって圧縮機12からシステムの蒸発器に逆流しうる。従来の構造は、システムの蒸発器におけるこのようなオイルの受け取りおよび/または収集によって、或いはこのようなオイルをシステムの蒸発器から圧縮機に戻すように設計された装置を用いて対処しているが、本発明の好適な実施例のチラーは、第一に圧縮機ハウジングからオイルが逆流するのを防止する方法を提供する。
【0029】
従って、1或いは複数のバッフルを圧縮機ハウジング24の作動室30の上流に計画的に配置する。その位置は、そこに逆流するあらゆるオイルの大部分の逆流を防止し、かつ/または物理的に阻害し、かつ/またはその向きを変える位置である。しかしながら、このようなバッフルは、圧縮機の作動室へのガスの正常な流れに全く影響を与えない、すなわち流れを阻害しない。好適な実施例では、第1のバッフル68は、吸入ライン38に最も近いモータハウジング28の概ね端部に配置される。第1のバッフル68は、吸入ガス経路60Aの中へのガスの下流への流れに面した概ね平面の壁部70を含む。壁部70は、圧縮機ハウジング24を正常に下流に流れる吸入ガスは壁部70に衝当しないし、その他の方法でも妨害されないが、壁部70は、経路60Aを吸入ライン38に対して逆流する全てのオイルの流れの衝突面として作用する。
【0030】
バッフル68を逃れて圧縮機から蒸発器に上流方向に流れるオイルもあるが、たいていの場合その量は処理できる範囲である。更に、比較的少量のオイルは、装置200によって通常の運転条件下で圧縮機に戻すことが可能である。この装置200の主な目的は、チラーの通常の運転で下流方向に流れて蒸発器に流入する比較的少量のオイルを戻すことである。
【0031】
バッフル68の壁部70に衝当したオイルは重力によって傾斜した壁部72を流れ、位置74などのモータハウジングの底部に至る。壁部72が概ね露出していないのと同様に壁部30も、モータハウジングに流入して吸入領域58に至るガスの正常な下流への流れによって影響されないし、影響を与えもしない。位置74に到達したオイルは、モータハウジングの底部に形成されたオイル戻り流路76及び78に流入する。これらの流路76及び78によって、このオイルが圧縮機のハウジングの吸入サブエリア58Bのオイル溜まり66に送られる。チラーの運転条件が正常化すると、オイル溜まり66からオイルが圧縮機の作動室内に吸引される。
【0032】
好適な実施例では、第2のバッフル80が、吸入ガス経路60Aを出た吸入ガスが下流方向に吸入領域58に流れる部位と潤滑油溜まり66との間の圧縮機ハウジング24内に配設されている。好適な実施例の圧縮機の物理的な構造では、圧縮機の作動室内でのスクリューロータの相互の逆回転、モータハウジング内における吸入ガス経路の相対的な配置、および圧縮機の駆動モータと回転モータの回転方向82の相対的な配置が全て協働して、オイル溜まり66の潤滑油がモータハウジング28の表面84に沿って経路60Aの出口に向かって上方に運搬されるようになる。
【0033】
通常の運転条件下でバッフル80が配設されていない場合、表面84に沿って上方に移動する潤滑油は、吸入ガス経路60Aに存在する吸入ガスによって連行されて吸入ガスと共に圧縮機の作動室内に供給される。運転開始時の低い負荷/極端な周囲温度の条件下では、経路60Aを流れるガスは比較的量が少なく、かつ/または流速が遅いため、バッフル80が配設されていない場合、表面84に沿って上方に移動するオイルが、吸入ガス経路60Aを下流方向に流れる弱い吸入ガスの流れに反してその経路60Aを逆流し得る。
【0034】
第2のバッフル80をモータハウジングの経路60Aの出口の真下に配設することによって、オイル溜まり66から表面84に沿って上方に流れるオイルの大部分が、図4の矢印86によって示されているように、バッフル80によって遮断され、そらされて方向が変えられ、経路60Aの出口付近へのオイルの流れが効果的に遮断される。従って第1に、第2のバッフル80によって、オイル溜まり66のオイルの大部分がオイルが容易に圧縮機ハウジングから吹き飛ばされやすい吸入領域58の或る位置に送られるのが効果的に防止される。一方のバッフル68は、実際に吸入ガス経路60Aを通って逆流するオイルを遮断する位置に配設され、モータハウジングの上流端でこのような潤滑油が下方に流れ、オイル溜まり66に戻す経路の中に流入するように形成されている。
【0035】
上記したように、本発明のチラーにおける圧縮機は、2つのバッフルが配設されたスクリュー圧縮機であって、圧縮機の作動室内に入る前に駆動モータの周囲を吸入ガスが流れその駆動モータを冷却するようになっていることを理解されたい。本発明は、圧縮機駆動モータが圧縮機の上流にあり、吸入ガスによってその駆動モータを冷却するスクリュー圧縮機に適用できるだけではなく、冷却目的などのために駆動モータと相互作用することなく、吸入ガスが直接吸入領域を介して圧縮機の作動室内に吸引される圧縮機にも適用できることを理解されたい。
【0036】
更に、本発明のチラーの圧縮機では、吸入領域58に存在するオイルは、ガスの流体力学及びロータの回転方向によって吸入領域58内の或る位置に送られる傾向にある。その位置では、低負荷/極端な周囲温度の運転条件の場合、モータハウジングに形成された別の吸入ガス経路とは対照的に、オイルが圧縮機ハウジングから吸入ガス経路60Aを逆流する可能性がある。すなわち、本発明のチラーの圧縮機では、低負荷/極端な周囲温度の条件下であっても、オイルが吸入ガス経路60Bまたは60Cから逆流し易い位置にオイルが溜まりにくい。従って、バッフル68及び80は、好適な実施例の圧縮機の構造及びオイルの逆流の傾向を考慮して、吸入ガス経路60Aに対して設計され配置される。別の圧縮機では、オイルの逆流を遮断し、かつ/または防止するために好適な実施例のバッフルより多い或いは1個少ないバッフルが必要となり得る。また、このようなバッフルの位置は好適な実施例のチラーの圧縮機の位置とは異なり得る。このような構造もまた、本発明の範囲内であることを理解されたい。
【0037】
更に、ある圧縮機の構造では、オイル戻り経路76及び78を排除することも可能であることを理解されたい。例えば、図3を参照すると、他の部材と共に吸入ガス経路60Cを画定するモータハウジング28の表面300の高さを、波線302で示されているように、吸入ガスがモータハウジング28に流入する開口304の最下端部或いはそれ以下の高さにすると、モータハウジングの上流の端にあるオイルを、経路76及び78を必要とすることなく経路60Cを介して吸入領域58に戻すことができる。経路60Cは、圧縮機からオイルが逆流し易い経路ではないことを思い出していただきたい。従って、オイル戻り経路76及び78はある場合には不可欠であるが、別の場合及び圧縮機の構造が異なる場合は必要とならないこともある。
【0038】
本発明は好適な実施例に従って説明してきたが、その他の改変、追加、変形等は当業者には明らかであろう。従って、本発明の範囲は上述の好適な実施例の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の冷凍チラーの模式図である。
【図2】 図1の冷凍チラーの圧縮機部分の断面図である。
【図3】 線3−3に沿った図2に例示した圧縮機のモータハウジングの端面図である。
【図4】 線4−4に沿った図3のモータハウジングの透視断面図である。[0001]
Background of the invention The present invention relates to a screw compressor. In particular, the present invention relates to a screw compressor used for a freezing chiller. More particularly, the present invention relates to preventing back flow of oil from a screw compressor in a refrigeration chiller and resulting oil drop to the evaporator of the system.
[0002]
The screw compressor is a compressor in which two or more screw rotors are arranged so as to mesh with each other in a working chamber. As the screw rotors rotate in reverse, the gas flows into the working chamber at the first relatively low pressure, the gas is compressed in the working chamber, and the gas is discharged at a high pressure called discharge pressure therefrom. .
[0003]
In many screw compressor applications, including refrigeration chiller applications, it is possible to inject oil directly into the compressor's working chamber for cooling and sealing. In addition, oil is used to lubricate the bearings of the compressor. Oil used as bearing lubricating oil in a refrigeration chiller is usually sent to a position in the compressor where the pressure of the refrigerant gas is relatively low. Therefore, such oil finally reaches the working chamber of the compressor and is entrained by the refrigerant gas flowing in the working chamber. Such oil, along with other oil injected directly into the working chamber of the compressor, is taken out of the compressor along with the flow of gas discharged from the compressor.
[0004]
The flow of the refrigerant gas discharged from the screw compressor of the refrigeration chiller contains a relatively large amount of oil, and this oil must be returned to the compressor for the above-mentioned purpose. Arranged immediately downstream of the compressor, oil is separated and collected from the flow of the discharge gas and returned to the compressor. In many chiller systems, separated oil is sent from the oil separator to the compressor by using the discharge pressure of the oil separator.
[0005]
Oil separators used in such systems generally separate oil from refrigerant gas passing through the separator with a high efficiency of 99% or more before the refrigerant gas is sent to the system condenser, but ultimately It will be understood that the compressor oil will be depleted. Generally, oil passing through the system oil separator is routed through the system condenser to the system evaporator where it accumulates on or in the liquid refrigerant present at the bottom of the evaporator. Typically, means are provided for periodically returning such relatively small amounts of oil from the system evaporator to the system compressor. In all types of frozen chillers, the transport of such oil is common, and the amount of such oil is usually very small as a proportion of the oil supplied to the chiller.
[0006]
There is a direct flow path from the chiller evaporator to the chiller compressor section (from which the suction gas is routed to the compressor), so that under certain conditions, the oil in the compressor is reversed from the compressor. Can even flow into the evaporator. If anything, such a condition is inherent to a refrigeration chiller using a screw compressor and its degree is large. This is due to the amount of oil used for various purposes in such a compressor and because the system evaporator is located below the system compressor and is generally in communication with the suction area of the compressor. This is because. The oil flow directly from the compressor to the system evaporator exceeds the processing capacity of the oil return device associated with the evaporator, although it is not common, so that the amount of oil in the correct position is insufficient and in operation When the compressor is not continuously supplied with sufficient oil, the chiller stops urgently.
[0007]
US Pat. Nos. 5,086,621 and 5,396,784 describe examples of conventional structures that receive and hold backflowed oil from a refrigeration chiller compressor and return the oil to the compressor. In US Pat. No. 5,086,621, this oil backflow problem is addressed by placing a tray in the evaporator below the piping through which intake gas is routed from the evaporator to the compressor. This tray receives any backflow oil and accumulates it there. The oil is then continuously returned to the system compressor using an eductor device.
[0008]
Similarly, US Pat. No. 5,396,784 provides a tray for receiving and returning backflow oil below the outlet of the evaporator of the refrigeration chiller. However, in the method of US Pat. No. 5,396,784, when the level of oil in the tray is sufficiently high, the flow of gas from the evaporator to the compressor is limited, thereby increasing the gas flow rate. As the flow rate of gas flowing from the evaporator to the compressor increases, the oil in the tray is entrained in the gas flow returning from the evaporator to the compressor.
[0009]
With either construction, it should be understood that the parts / assemblies that need to be built into the system evaporator need to be manufactured and installed to address the problem of oil backflow. Such parts / assembly parts, their manufacture and installation are costly and operating them increases the power consumed by the entire chiller system.
[0010]
There is a continuing need for a device that prevents backflow of oil from the screw compressor to the evaporator in a refrigeration chiller system where the additional cost of the compressor or chiller system is low and does not reduce the efficiency of the chiller.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to limit and / or prevent backflow of oil from a refrigeration chiller compressor to a refrigeration chiller evaporator.
[0012]
Another object of the present invention is that in the refrigeration chiller system, the oil that flows back in the compressor is shut off before the oil flowing out of the compressor flows out of the compressor, and the direction of the oil is changed from the compressor to the condenser. It is to prevent backflow of oil.
[0013]
It is a further object of the present invention to prevent backflow of substantially all oil from the compressor to the condenser in a refrigeration chiller system. The method is passive, with additional costs such as chiller manufacturing costs, cost of parts / assembly parts used to prevent oil backflow, and costs due to impact on chiller operating efficiency being relatively low. Yes.
[0014]
The above and other objects of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and the preferred embodiments described below. In the preferred embodiment and the accompanying drawings, a refrigeration chiller system using a screw compressor is shown. The screw compressor primarily includes an upstream and / or suction area of the compressor's working chamber to prevent oil from escaping from the compressor housing, to block backflowing oil and to change its direction back to the compressor. One or a plurality of oil backflow prevention baffles are systematically disposed upstream of the first and second oil baffles. In the preferred embodiment, such a baffle is disposed in the compressor housing portion in which the compressor drive motor is located. In the preferred embodiment, the drive motor is cooled utilizing a refrigerant gas flow from the system evaporator to the compressor working chamber. Under relatively chiller operating conditions where oil backflow from the compressor to the evaporator can occur without the baffle being placed, the baffle blocks oil backflow from the compressor housing for use in the compressor. Change the direction to the upstream direction.
[0015]
DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Referring first to FIG. 1, the most basic form of refrigeration chiller 10 includes a
[0016]
The condensed refrigerant flows from the
[0017]
The medium flowing through the
[0018]
In the preferred embodiment of the chiller system of the present invention, the
[0019]
In the preferred embodiment chiller, intake gas is routed from the
[0020]
As with most compressors, in the preferred
[0021]
With reference to the above and referring to FIG. 2, the chiller 10 requires a large amount of oil to be sent to the
[0022]
This oil is sent from the
[0023]
The portion where the oil is sent after being used in the compressor also includes the
[0024]
Still referring to FIGS. 3 and 4, the flow of suction gas from the
[0025]
When the
[0026]
When the chiller 10 is operating at a lower load than the maximum load, the slide valve 62 contracts away from the distance slide stopper 64 corresponding to the chiller load, thereby causing a portion of the working
[0027]
Although contraction of the slide valve 62 away from the slide stopper 64 is common and often occurs, it changes the flow pattern of the suction gas in the suction area of the compressor. Further, when the slide valve 62 contracts away from the slide stopper 64, the screw rotor rotating at high speed is exposed to the
[0028]
However, as described above, when the chiller is operating, particularly when the slide valve 62 is completely or almost completely contracted, the oil in the
[0029]
Accordingly, one or more baffles are systematically arranged upstream of the working
[0030]
Some oil escapes the
[0031]
The oil impinging on the
[0032]
In the preferred embodiment, the
[0033]
When the
[0034]
By placing the
[0035]
As described above, the compressor in the chiller of the present invention is a screw compressor in which two baffles are arranged, and the suction motor flows around the drive motor before entering the working chamber of the compressor. Please understand that it is designed to cool. The present invention is not only applicable to screw compressors where the compressor drive motor is upstream of the compressor and cools the drive motor with suction gas, but also without any interaction with the drive motor for cooling purposes etc. It should be understood that the present invention is also applicable to a compressor in which gas is drawn directly into the compressor's working chamber via a suction area.
[0036]
Furthermore, in the chiller compressor of the present invention, the oil present in the
[0037]
Further, it should be understood that in some compressor configurations,
[0038]
While the invention has been described in accordance with a preferred embodiment, other modifications, additions, variations, etc. will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the scope of the present invention is not limited to the structure of the preferred embodiment described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a frozen chiller of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a compressor portion of the refrigeration chiller of FIG.
3 is an end view of the motor housing of the compressor illustrated in FIG. 2 taken along line 3-3. FIG.
4 is a perspective cross-sectional view of the motor housing of FIG. 3 taken along line 4-4.
Claims (26)
冷媒の流れ及び冷媒経路を形成するべく、前記圧縮機、前記凝縮器、前記膨張装置、及び前記蒸発器が直列に連結されており、
前記圧縮機が、ハウジング、少なくとも1つのバッフル、作動室、およびオイルが溜まりやすい前記作動室の上流の位置を含み、
前記少なくとも1つのバッフルが前記ハウジングの前記作動室の上流に配設されており、その位置が前記蒸発器から前記ハウジングを経て前記作動室に至る下流方向への冷媒ガスの流れに逆らって、オイルが前記ハウジングから流出するのを防止する位置であることを特徴とする冷凍チラー。A refrigeration chiller including a condenser, an expansion device, an evaporator, and a compressor,
The compressor, the condenser, the expansion device, and the evaporator are connected in series to form a refrigerant flow and a refrigerant path,
The compressor includes a housing, at least one baffle, a working chamber, and a position upstream of the working chamber in which oil tends to accumulate;
The at least one baffle is disposed upstream of the working chamber of the housing, the position of which is opposed to the flow of refrigerant gas in the downstream direction from the evaporator through the housing to the working chamber. A freezing chiller characterized in that it is in a position to prevent outflow from the housing.
前記第1のスクリューロータおよび前記第2のスクリューロータが回転するように前記作動室内に配設されており、前記能力調節弁が前記圧縮機の能力を変えるべく位置調整可能であり、前記圧縮機の能力を低下させるべく前記能力調節弁を位置調整すると、前記圧縮機ハウジングの前記オイルが溜まる位置に前記第1及び前記第2のロータが露出されるようになることを特徴とする請求項9に記載の冷凍チラー。A first screw rotor; a second screw rotor; and a capacity control valve;
The first screw rotor and the second screw rotor are disposed in the working chamber so as to rotate, and the position of the capacity adjusting valve is adjustable to change the capacity of the compressor, and the compressor 10. The first and second rotors are exposed at a position where the oil is accumulated in the compressor housing when the position of the capacity adjustment valve is adjusted to reduce the capacity of the compressor housing. The frozen chiller described in 1.
前記圧縮機ハウジングが少なくとも1つの吸入ガス経路を画定し、前記経路が、前記モータの外側の長さ方向に沿って概ね延在し、前記オイルが溜まる位置の上流であってその位置にあるオイルの上方の位置において前記圧縮機ハウジング内に向いて開いており、前記少なくとも1つのバッフルが、前記オイルが溜まりやすい位置から前記少なくとも1つの吸入ガス経路が開いている前記位置へのオイルの流れを防止するように配置されていることを特徴とする請求項12に記載の冷凍チラー。A compressor drive motor disposed in the housing upstream of the working chamber;
The compressor housing defines at least one intake gas path, the path extending generally along the length of the outside of the motor and upstream of the position where the oil accumulates and at that position At least in the compressor housing, and the at least one baffle allows oil flow from a position where the oil tends to accumulate to a position where the at least one intake gas path is open. 13. The chiller according to claim 12, which is arranged to prevent.
前記少なくとも1つの吸入ガス経路を介して上流に吹き飛ばされるオイルの方向を変えて前記オイルが溜まりやすい位置に戻すように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の冷凍チラー。A baffle disposed upstream of the motor;
2. The refrigeration chiller according to claim 1, wherein the chiller is arranged so as to change the direction of oil blown upstream through the at least one intake gas path and to return the oil to a position where it can easily accumulate.
前記ハウジングが、作動室、オイルが溜まりやすい吸入領域、及び前記ハウジングに吸入ガスが流入する位置を画定し、
前記第1のスクリューロータと前記第2のスクリューロータとが前記作動室において互いに噛合するように配設されており、前記吸入領域が、前記作動室と、吸入ガスが前記ハウジングに流入する前記位置との間に画定されており、オイルが溜まりやすい位置であり、
前記バッフルが、前記作動室の上流であるが、吸入ガスが前記ハウジングに流入する前記位置の下流である前記ハウジング内に設けられ、前記吸入領域から前記吸入ガスが前記圧縮機ハウジングに流入する前記位置を通ってオイルが逆流するのを防止するように配置されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。A screw compressor including a housing, a first screw rotor, a second screw rotor, and a baffle,
The housing defines a working chamber, a suction area where oil is likely to accumulate, and a position where suction gas flows into the housing;
The first screw rotor and the second screw rotor are disposed so as to mesh with each other in the working chamber, and the suction region is located at the position where the working chamber and suction gas flow into the housing. Is a position where oil is likely to collect,
The baffle is provided in the housing upstream of the working chamber but downstream of the position where suction gas flows into the housing, and the suction gas flows into the compressor housing from the suction region. A screw compressor, characterized in that it is arranged to prevent backflow of oil through the position.
前記作動室の上流に配設された少なくとも1つのバッフルにより、オイルが溜まりやすい前記位置からオイルが冷媒に対して逆流するのを防止するステップを含むことを特徴とする方法。The refrigeration chiller according to any one of claims 1 to 14 , wherein the oil chiller is prevented from flowing back from the compressor of the chiller chiller to the evaporator ,
A method comprising: preventing at least one baffle disposed upstream of the working chamber from flowing back to the refrigerant from the position where the oil tends to accumulate .
冷媒ガスを前記蒸発器から前記圧縮機に下流方向に送るステップを含み、
該ステップにより、前記オイルが溜まりやすい位置及び前記作動室の上流に配設された前記駆動モータの周りに冷媒ガスを流して、前記ガスが前記作動室に入る前に前記モータを冷却することを特徴とする方法。 The refrigeration chiller according to any one of claims 1 to 14, wherein the drive motor is used in a refrigeration chiller compressor.
Sending refrigerant gas downstream from the evaporator to the compressor;
By the steps, that the oil flowing refrigerant gas to the Tama Riyasui position and around the drive motor disposed upstream of said working chamber to cool the motor before said gas enters the working chamber how it said.
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